刍议嵌入式系统的现状和未来发展

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刍议嵌入式系统的现状和未来发晨　

文／邢高峰　

【摘要】　从嵌入式系统的含义、特点、开发平台及其工业特征出发，深八阐述了嵌入式计算机技术的发展　现状，展望了嵌入式系统产业在我国的广阔发展前景。　【关键词】嵌入式系统　嵌入式ＤＳＰ处理器　嵌人式软件　嵌人式控制器　１前言　嵌入式系统是指嵌入式计算机（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）及其应用系　统．是指嵌入于各种设备及应用产品内部的计算机系统，它主要完　成信号控制的功能，体积小，结构紧凑，可作为一个部件埋藏于所控　制的装置中，它提供用户接口、管理有关信息的输入输出、监控设备　工作．使设备及应用系统有较高智能和性价比。嵌入式系统由嵌入　式硬件与嵌入式软件组成．硬件以芯片、模板、组件、控制器形式埋　藏于设备内部，软件是实时多任务操作系统和各种专用软件，一般　固化在ＲＯＭ或闪存中。软硬件可剪裁，适用于对功能、体积、成本、　可靠性、功耗有严格要求的计算机系统中。嵌入式计算机系统，最早　出现在二十世纪６０年代武器控制中．后来用于军事指挥控制和通　信系统．现在广泛用于民用机电一体化产品中。　２嵌入式系统的分类　目前嵌入式系统除了部分为３２位处理器外，大量存在的是８　位和１６位的嵌入式微控制器（ｂｌＣＵ），嵌入式系统是计算机应用的另　一种形态．正如前所述它与通用计算机应用不同：嵌入式计算机是　以嵌入式系统的形式隐藏在各种装置、产品和系统之中的一种软硬　件高度专业化的特定计算机系统。目前根据其发展现状，嵌入式计　算机可以分成下面几类：　（１）嵌入式微处理器　嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的ＣＰＵ。在应用中，将　微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的　母板功能．这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式　应用的特殊要求．嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基　本是一样的．但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了　各种增强。　ｆ２）嵌入式微控制器　嵌入式徽控制器又称单片机。嵌入式徽控制器一般以某一种　微处理器内核为核心，芯片内部集成Ｒ０Ｍ～ＰＲＯＭ、ＲＡＭ、总线、总线　逻辑、定时，计数器、ＷａｔｃｈＤｏｇ、Ｉ／０、串行口、脉宽调制输出、ＭＤ、Ｄ／　Ａ、Ｆｌａｓｈ　ＲＡＭ、Ｅ２ＰＲ０Ｍ等各种必要功能和外设。为适应不同的应用　需求．一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的　处理器内核都是一样的．不同的是存储器和外设的配置及封装。这样　可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而　减少功耗和成本。和嵌入式馓处理器相比．微控制器的最大特点是　单片化．体积大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。　（３）嵌入式ＤＳＰ处理器　ＤＳＰ处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适台于执　行ＤＳＰ算法．编译效率较高．指令执行速度也较高。在数字滤波、　ＦＦｒ、谱分析等方面ＤＳＰ算法正在大量进入嵌入式领域，ＤＳＰ应用正　从在通用单片机中以普通指令实现ＤＳＰ功能，过渡到采用嵌入式　ＤＳＰ处理器。　ｆ４）嵌入式片上系统　随着ＥＤＩ的推广和ＶＬＳＩ设计的普及化．及半导体工艺的迅速　发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就　是Ｓｙｓｔｅｍ　Ｏｎ　Ｃｈｉｐ（ＳＯＣ１。各种通用处理器内核将作为ＳＯＣ设计公司　的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样．成为Ⅵ　Ｉ设计中一种　

一９８一　标准的器件．用标准的ＶＨＤＬ等语言描述，存储在器件库中。用户只　需定义出其整个应用系统仿真通过后就可以将设计图交给半导体　工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统　太部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很　简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。　３嵌入式系统的发展阶段　嵌入式系统出现于２０世纪７０年代末．尤其近年来，计算机技　术、微电子技术，通信网络计术一体化趋势日益显著，嵌入式系统的　研究已成为当今研究的一个热点。　第一阶段是以单片微型计算机技术为核心．具有与监测、伺服、　指示设备相配合的功能。这类系统大部分应用于一些专业性强的工　业控制系统中．一般没有操作系统的支持，通过Ｃ语言与汇编语言　编程对系统进行直接控制。这一阶段系统的主要特点是：系统结构　和功能相对单一，处理效率较低，存储容量有限，几乎没有用户接　口。　第二阶段是以嵌入式ＣＰＵ为基础、以简单操作系统为核心的嵌　入式系统。主要特点是：ＣＰＵ种类繁多，通用性比较弱；系统开销小，　效率高：操作系统达到一定的兼容性和扩展性；应用软件较专业化。　第三阶段是以嵌入式操作系统为标志的嵌入式系统。主要特点　是：嵌入式操作系统能运行于各种不同类型的微处理器上，兼容性　好；操作系统内核小、效率高，并且具有高度的模块化和扩展性；具　备文件和目录管理、多任务、网络支持、图形窗口以及用户界面等功　能；具有大量的应用程序接口ＡＰＩ，开发应用程序较简单；嵌入式应　用软件丰富　第四阶段是以Ｉｎｔｅｍｅｔ为标志的嵌入式系统。目前大多数嵌入式　系统还孤立于Ｉｎｔｅｍｅｔ之外．但随着Ｉｎｔｅｍｅｔ的发展以及Ｉｎｔｅｍｅｔ技术　与信息家电、工业控制技术结合日益密切，嵌入式设备与Ｉｎｔｅｍｅｔ的　结合将代表嵌入式系统的未来。嵌入式系统应用将日益广泛。　４嵌入式技术的特点　嵌入式系统是集软件、硬件于一体的高可靠性系统硬件架构上　以嵌入式处理器为中心，配置存储器、Ｉ／０设备、通信模块等必要的　外设；软件部分以软件开发平台为核心，向上提供应用编程接口　（ＡＰＩ），向下屏蔽具体硬件特性的板级支持包ＢＳＰ。嵌入式系统中，软　件和硬件紧密配合，协调工作，共同完成系统预定功能。嵌入式系统　是资源开销小的高性能系统嵌入式系统的发展离不开应用，应用的　共同要求是系统资源开销小，由于嵌入式系统技术日益完善．各种　高性能嵌入式应用系统层出不穷，它已是资源开销小的高性能价格　比的一类应用系统。　５嵌入式系统的应用前景　嵌入式控制器的应用几乎无处不在：移动电话、家用电器、汽　车——无不有它的踪影。嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能　强、灵活方便等许多优点．其应用已深人到工业、农业、教育、国防、　科研以及日常生活等各个领域．对各行各业的技术改造、产品更新　换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推　动作用。　嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机，一台　ｆ］　转１００页１

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内数据一致性和系统间数据同步。对于实时性要求不高的操作，使　用ｉｏｂ定时启动服务，充分利用ＣＰＵ的闲置时间，避免网络拥塞。　３开发环境　本文ＩＭＳ实现于邯钢企业网平台，界面程序开发使用Ｂｏｒｌａｎｄ　Ｄｅｌｐｈｉ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　ｖ７．０．数据库采用Ｏｒａｃｌｅ　８ｉ，数据库管理套件Ｑｕｅｓｔ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｔｏａｄ　ｆｏｒ　Ｏｒａｃｌｅ　Ｖｅｒｓｉｏｎ　８．５．３．数据库分析设计Ｅｍｂａｒｃａｄｅｒｏ　ＥＲ／Ｓｔｕｄｉｏ　ｖ６．０．１。　ｇ应用实例　本文的案例系统邯钢板材区ＩＭＳ是ＥＲＰ信息建设的重要组成　部分，集原料库、车间库、成品库的各项业务功能于一体，界面风格　友好统一，调用ＸＩ与ＳＡＰ　Ｒ／３和其它ＭＥＳ模块信息交互，数据同　步．保证产销一体化过程中物流的优化控制，目前成功运行于ＣＳＰ　厂、酸洗镀锌厂、冷轧厂和中板厂等分厂库房，成效显著。　５结论　本文以ＥＲＰ工程项目为背景，通过各类库存管理需求分析，提　出了通用ＩＭＳ业务模型，结合具体开发实践，阐述了各组成模块的　功能结构和开发要素。本文ＩＭＳ为开放系统，功能划分明确，采用独　立接１：３．具有即插即用性，既可以独立运行，也可以和其它模块集成　运行，实现企业全方位管理。具有很好兼容性，能够方便移植到不同　的ＥＲＰ环境中，同时便于潜在功能的发掘扩展。　（作者单位系河北邯钢集团公司自动化部）　

（上接９３页）　（１）系统登录模块：若用户输入的用户名和密码正确，则允许　进入系统，否则报错。如果错误输入次数满三次，则强制退出系统。　（２）商品管理模块：商品管理界面通过对工具栏的命令来操作　数据并显示。数据环境：ＧｏｏｄｓＩｎｆｏｒ．ｍｄｂ。管理人员可以通过相应的功　能对商品的信息的管理　（３）库存管理模块：数据环境：ＧｏｏｄｓＢｕｙ，ＧｏｏｄｓＳａｌｅｓ。库存管理　模块分为：“销售流水帐管理”和“购人流水帐管理”。当操作人员进　入此操作窗１：３后可根据相应的功能进行操作。　（４）信息汇总模块：这个模块包括“商品信息统计”，“销售流水　帐统计”及“购人流水帐统计”并可调用“报表打印”模块直接打印出　相关的信息。　（５）查询模块：包括“商品信息查询”，“购人流水帐查询”及“销　售流水帐查询”三个模块。　（６）报表打印模块：数据环境：ＧｏｏｄｓＩｎｆｏｒ、ＧｏｏｄｓＳａｌｅｓ、ＧｏｏｄｓＰｕｒ－　ｃｂａｓｅ　功能是显示数据库中“商品信息”，“购人流水帐信息”，“销售　流水帐信息”并提供打印功能。　（７）系统维护模块：分为“数据备份”、“数据恢复”。　（８）帮助文件模块：此模块功能是为操作人员提供系统帮助　５．程序测试和打包　系统所有功能模块全部实现之后，各个模块经过调试无误后即　可通过连编来集成为可执行文件，使用预先准备好的试验数据来测　试系统，对出现的问题进行修正直至系统功能能够达到系统设计的　目标　最后利用ＶＢ６．０所提供的“安装向导”对系统打包，生成最后　的安装文件，即可提供给用户安装使用。　六．结论　系统实施阶段利用前几个阶段的工作成果，按照相应的规范，进　行具体的代码和程序的编制，利用准备好的测试数据对每个功能模　块分别调试之后，进行系统联调，以便及时发现和解决问题。当系统　调试无误并且系统的功能能够满足设计要求之后，对系统打包即可　交付用户使用，以上是本系统开发过程中所做的工作。系统开发完　成．其功能基本符合用户需求。　（作者单位系哈尔滨商业大学硕士研究生在读　哈尔滨商业大学德强商务学院）　

ｆ上接９６页）　联网的任何地区建立确定速率的会议。其它网络目前还难以做到这　一点　对于ＩＳＤＮ会议电视业务来说，前期用户主要是企业用户，企　业举行垮地区会议才能充分体现远程会议电视工作的价值。会议电　视业务带来的办事和决策效率的提高，为企业用户所带来的巨大效　益也已被众多的企业和电信运营部门所认识。ＩＳＤＮ会议电视业务的　开展可以采用多种方式进行。但不足之处也非常明显，就是企业要　到电信局开会。　现在，一些大企业自己购买ＭＣＵ和终端，建立完全属于自己的　电视会议机房系统。这种会议的管理由企业自己负责。当然，这种方　式投资较大，一般企业难以承受。　２、数字电视会议机房将成为主流　从网络技术的发展趋势来看，Ｉｎｔｅｍｅｔ正在向多媒体网络发展，　在Ｉｎｔｅｍｅｔ上实现会议电视是目前研究和开发的热点之一。但是，　［ｎｔｅｍｅｔ原来是用于计算机互联和数据通信的网络，使用ＴＣＰ／ＩＰ协　议，就其目前广泛使用的ＩＰｖ４协议路由器来说，存在无法控制带宽、　端对端时延、ＱＯＳ得不到保证等问题。难以满足多媒体通信业务的　发展　但随着ＡＴＭ技术、ＩＰ交换技术、千兆以太网技术在网络层都　可以统一到ＩＰ上．因此基于ＩＰ的会议电视将成为实时多媒体通信　最为理想的方向，是会议电视发展的主流。国外公司致力于开发Ｉｎ—　ｔｅｒｎｅｔ网的实时视频、音频会议电视系统，并取得了很好的效果。如　ＰｉｃｔｕｒｅＴｅｌ公司和Ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ网络公司联合提供一种基于ＩＰ协议的会　议电视方案，新加坡Ｗｅａｒｎｅｓ公司的Ｍｅｄｉａ—Ｐｈｏｎｅ系统、ＶＣＯＮ公司　的Ｍｅｄｉａ　Ｃｏｎｎｅｃｔ全功能电视会议系统等，可运行于企业网［ｎｔｒａｎｅｔ　和Ｉｎｔｅｍｅｔ上。　可以肯定，随着ＩＰ的日益普及，随着ＩＰ性能的逐步改善，性能　良好、使用方便、价格便宜的ＩＰ数字电视会议系统将会得到广泛应用。　（作者单位系贵州有线广播电视信息网络中心）